什么是纳米材料和纳米技术？
近年来在科技报刊上经常出现“纳米材料”和“纳米技术”这种名词。什么是纳米材料呢？说通俗一些，就是用尺寸只有几个纳米的极微小颗粒组成的材料。一个纳米是多大呢？只有一米的10亿分之一，用肉眼根本看不见。但用纳米颗粒组成的材料具有许多特异性能。因此，科学家们又把它们称为“超微粒”材料和“21世纪的新材料”。
但纳米材料并非完全是最近才出现的。最原始的纳米材料在我国公元前12世纪就出现了，那就是中国的文房四宝之一：墨。据考古发现，中国的甲骨文就是先用墨写，然后雕刻成文的。墨中的重要成分是烟，实际上烟是由许多超微粒炭黑形成的。烟那么轻，那么细，能在空气中袅袅升起，又可以在空气中消散。古人就是用桐油或优质松油在密不透风的情况下使其不完全燃烧而气化，然后冷凝成烟，再伴以牛皮胶等粘结剂和其他添加物而制成墨。制造烟和墨的过程中就包含了所谓的纳米技术。
中国的墨虽然算不上现代所说的纯纳米材料，但的确开创了纳米材料的先河。现代的纳米材料是近一二十年才发展起来的，它的起源来自一个科学家在国外旅游中的联想。
那是1980年的一天，德国的物理学家格莱特到澳大利亚去旅游。当他独自驾车横穿澳大利亚的大沙漠时，空旷寂寞和孤独的环境反而使他的思维特别活跃和敏锐。他长期从事晶体材料研究，知道晶体中的晶粒大小对材料性能有极大影响，晶粒越小材料的强度越高。格莱特想，如果组成材料的晶粒细到只有几个纳米那么大，材料的性能又会是怎样的呢？回国后，他立即开始实验。1984年，他终于得到了只有几个纳米大的超细粉末。而且他发现，任何金属和无机或有机材料都可以制成纳米大小的超细粉末。更有趣的是，一旦变成纳米大小的粉末，无论是金属还是陶瓷，从颜色上看都是黑的，其性能也发生了“天翻地覆”的变化。
从此，由德国到美国再到其他国家，有一大批科学家开始迷上纳米材料的研究。比如美国的阿贡国家实验室用纳米大小的超细粉末制成的金属材料，其硬度竟比普通粗晶粒金属的硬度高2～4倍。在低温下，纳米金属竟变成了绝缘体，不再导电。一般的陶瓷很脆，但用纳米陶瓷粉末制成的陶瓷制品，却有良好的韧性。
更有趣的是，纳米材料的熔点会随粉末的直径减少而大大降低。金的熔点本是1064℃，但制成10纳米左右的粉末后，熔点降至了940℃，2纳米的金粉末，熔点只有33℃。这一特点对人们大有用处。如许多高熔点陶瓷很难用一般方法加工成耐高温的发动机零件。但只要事先制成纳米大小的陶瓷粉末，就可以在较低温度烧结出耐高温的零件。
纳米粉末和材料是怎样制造出来的呢？一般是把材料(如金属或陶瓷)放在一个密封室内，然后充满惰性气体氦，再用激光或电子束将它们加热变成蒸气，于是材料的原子就在氦气中冷却成烟雾，烟雾粘附在一个冷却棒上就成了炭黑一样的纳米粉末，将这些粉末收积起来就能模压成零件，或者通过一道烧结工序制成纳米材料零件。
纳米材料的用处很多。如可制成高密度磁带；有些新药在制成纳米颗粒并注射到血管内可顺利进入微血管；纳米大小的催化剂分散在汽油中可提高内燃机的效率；把纳米大小的铅粉末加入到固体燃料中，可使固体火箭的速度增加(这是因为越细的粉末，表面积越大，能使表面活性增强)。总之，纳米材料前途无量，用途会越来越广。
中科雷鸣
2024-11-01 广告
但纳米材料并非完全是最近才出现的。最原始的纳米材料在我国公元前12世纪就出现了，那就是中国的文房四宝之一：墨。据考古发现，中国的甲骨文就是先用墨写，然后雕刻成文的。墨中的重要成分是烟，实际上烟是由许多超微粒炭黑形成的。烟那么轻，那么细，能在空气中袅袅升起，又可以在空气中消散。古人就是用桐油或优质松油在密不透风的情况下使其不完全燃烧而气化，然后冷凝成烟，再伴以牛皮胶等粘结剂和其他添加物而制成墨。制造烟和墨的过程中就包含了所谓的纳米技术。
中国的墨虽然算不上现代所说的纯纳米材料，但的确开创了纳米材料的先河。现代的纳米材料是近一二十年才发展起来的，它的起源来自一个科学家在国外旅游中的联想。
那是1980年的一天，德国的物理学家格莱特到澳大利亚去旅游。当他独自驾车横穿澳大利亚的大沙漠时，空旷寂寞和孤独的环境反而使他的思维特别活跃和敏锐。他长期从事晶体材料研究，知道晶体中的晶粒大小对材料性能有极大影响，晶粒越小材料的强度越高。格莱特想，如果组成材料的晶粒细到只有几个纳米那么大，材料的性能又会是怎样的呢？回国后，他立即开始实验。1984年，他终于得到了只有几个纳米大的超细粉末。而且他发现，任何金属和无机或有机材料都可以制成纳米大小的超细粉末。更有趣的是，一旦变成纳米大小的粉末，无论是金属还是陶瓷，从颜色上看都是黑的，其性能也发生了“天翻地覆”的变化。
从此，由德国到美国再到其他国家，有一大批科学家开始迷上纳米材料的研究。比如美国的阿贡国家实验室用纳米大小的超细粉末制成的金属材料，其硬度竟比普通粗晶粒金属的硬度高2～4倍。在低温下，纳米金属竟变成了绝缘体，不再导电。一般的陶瓷很脆，但用纳米陶瓷粉末制成的陶瓷制品，却有良好的韧性。
更有趣的是，纳米材料的熔点会随粉末的直径减少而大大降低。金的熔点本是1064℃，但制成10纳米左右的粉末后，熔点降至了940℃，2纳米的金粉末，熔点只有33℃。这一特点对人们大有用处。如许多高熔点陶瓷很难用一般方法加工成耐高温的发动机零件。但只要事先制成纳米大小的陶瓷粉末，就可以在较低温度烧结出耐高温的零件。
纳米粉末和材料是怎样制造出来的呢？一般是把材料(如金属或陶瓷)放在一个密封室内，然后充满惰性气体氦，再用激光或电子束将它们加热变成蒸气，于是材料的原子就在氦气中冷却成烟雾，烟雾粘附在一个冷却棒上就成了炭黑一样的纳米粉末，将这些粉末收积起来就能模压成零件，或者通过一道烧结工序制成纳米材料零件。
纳米材料的用处很多。如可制成高密度磁带；有些新药在制成纳米颗粒并注射到血管内可顺利进入微血管；纳米大小的催化剂分散在汽油中可提高内燃机的效率；把纳米大小的铅粉末加入到固体燃料中，可使固体火箭的速度增加(这是因为越细的粉末，表面积越大，能使表面活性增强)。总之，纳米材料前途无量，用途会越来越广。
关于纳米技术的小知识，神奇的纳米技术与纳米材料
